Perception du bruit solidien d’origineferroviaire aux basses fréquences

Perspectives de recherches

Thème 4/Thème 1Perception et effets du bruit sur l’homme

Interaction véhicule – infrastructure

Sommaire

• Contexte

• Seuil de perception

• Modification du seuil deperception

• Influence des vibrations

• Perspectives

Contexte

Contexte

• Études d’impact vibratoire

– estimer les vibrations d’un matériel roulant inconnu …

– circulant dans un tunnel ou sur une voie qui n’existe pas …

– elle-même située dans un sol inhomogène et dont lescaractéristiques sont incertaines …

– entourés d’immeubles hétérogènes dans lesquels il estdifficile de réaliser une prédiction des niveaux de vibration …

– pour pouvoir prévoir la possibilité de percevoir ou non lesvibrations et le bruit solidien qui seront engendrés dans leslogements…

Contexte

• Accroissement des plaintes liées aux bruits basses fréquences (Bruit solidientrafic ferroviaire, Bus, Home Cinema, éoliennes)

• Projets Européens :– RIVAS (Railway Induced Vibration innovAtive Solutions) (SNCF/RATP/CSTB) [1],– CARGOVIBES (Attenuation of ground-borne vibration affecting residents near

freight railway lines),– Defra NANR209 “Human Response to Vibration in Residential Environments”

(UK) [2],

• Comités AFNOR :– S30JIS : Indicateurs de gêne bruit et vibrations,– S30JIS : Mesure des bruits basses fréquences (Infrasons),– E90A : Indicateur global de gêne bruit et vibrations,

• Comités ISO :– ISO TC108/SC2/WG8 : Groundborne Noise and Vibration from Rail Systems [3],– ISO TC43/SC2/WG18 : Building Acoustics [1].

UltrasonsSon audible « non bassesfréquences »

Son bassesfréquences

Infrasons

Infra sonsrésonancedu corps

Contexte

Source : [4] B. Berglund,P. Hassmén, « Source and Effect of Low frequency noise », JASA, 99(5)1996

Bruit Basses FréquencesBruit solidien d’origine ferroviaire

Fréquence [Hz] 1 10 25 50 100 150 200Longueur d'onde [m] 340 34 13,6 6,8 3,4 2,27 1,7

Seuil de perception

Seuil de perception

• Møller - Pedersen 2004 [6]

• Sons tonals ou large bandes [5],

• Pas de différence pourrestitution au casque ou par HP(sons purs) [4,7],

• Pas de différence entre champlibre ou salle,

• Pas de variationHomme/Femme,

• Pas d’influence de l’age avant55 ans,

• Possibilité de microstructuresdans le seuil d’audibilité.

Seuil de perception

• Limites appliquées parcertains pays [1]

• ISO 226-2003 : 0 phone

• Rouge : Tracés prolongés parMoller et Pedersen [5]

• Les limites sont liées à lafaçon de réaliser les mesures,

• Elles sont situées en dessousdu seuil d’audibilité (<40Hz),

• Détection de la présence debruit solidien : LpC - LpA

0

20

40

60

80

100

120

140

1

10

10

0

10

00

Fréquence [Hz]

Lp

[dB

-re

f.2

x10-5

Pa]

ISO 226

Suède

Pays Bas

Pologne

Allemagne DIN 45680

Dannemark 20

Finlande

Moorhouse

Ordre 2

Ordre 1

Seuil de perception

• Situation sévère :Dépassement des différentsétudes perceptives, de l’ISO226, des seuils dès 15/20Hz,

• Plainte bus : à la limite duseuil de perception,

• Plainte : Léger dépassementdes seuils, dépassement del’ISO 226 au dessus de 50Hz,inférieur à la situation sansplainte au dessus de 50Hz,

• Situation sans plainte : Audessus de l’ISO 226 à partirde 50Hz. 0

20

40

60

80

100

10,0 100,0 1000,0

Fréquence [Hz]

Lp

[dB

]

Seuils des différents pays

ISO 226

Situation sévère

Plainte

Situation normale sans plainte

Impact bus

Modification du seuilde perception

Modification du seuil de perception

• Étude Ryu et al.

– portant sur les son « complexes » formés de plusieurs fréquences pures,

– les sons complexes comprenant deux fréquences, inférieures à 150Hz,sont plus facilement détectable qu’une fréquence pure seule, même si lesniveaux des deux sons sont inférieurs au seuil de perception

– le seuil de détection (en terme de niveau par composant) d’un soncomplexe décroît quand le nombre de composantes augmente

– les sons complexes comportant des fréquences proches sont plusfacilement détectables que ceux ayant des fréquences éloignées.

• Pedersen et al. [33]– perception de sons continus

basses fréquences,

– lignes discontinues : seuilsd’audibilité de la personne,

– lignes épaisses grises : audiblespour la personne,

– lignes épaisses noires : son leplus ressemblant au songênant (test à l’aveugle)

• La gêne est due surtout auxcomposantes « HF » du bruit« BF »

Modification du seuil de perception

Influence des

vibrations

Influence des vibrations

• Griffin [8]– la vibration a peu d’effet sur le jugement du son,

– le jugement accordé à la vibration peut être augmenté oudiminué par le bruit associé,

• Meloni et Krueger [9]– le jugement monosensoriel du bruit ou des vibrations n’est

pas fiable pour mesurer la perception de situations réellesmulti-sensorielles,

• Paulsen et Kasta [10],– une réduction de l’exposition aux bruits rend les vibrations

associées plus détectables [11, 12]

Influence des vibrations

[13] Pourcentage de personnes trèsgênées par le bruit avec présence ou nonde vibrations,

[14] Gêne due au bruit causé par du traficferroviaire dans des zones avec (rouge) etsans (noir) fortes vibrations.

Questions

Propositions

Questions/propositions

• Comment mesurer les signaux acoustiques etvibratoires en situation réelle ?

Etude Référence PaysNombre

d'emplacements

Emplacements choisispar le plaignant ou

l'opérateur

Point dansun coin

Gamme defréquence

Distanceminimaleaux murs

Hauteur

1 [19] Suède 3 2 par le plaignant 1 31,5 - 200 0,5 0,6, 1,2, 1,62 [20] Dannemark 3 2 par le plaignant 1 5 - 160 0,5 -3 [21] ISO 16032 3 2 par le plaignant 1 31,5 - 8000 - 0,5, 1,0, 1,54 [22] Allemangne 1 1 par l'opérateur - 10 - 80 -5 [23] Autriche 1 1 par l'opérateur - 10 - 806 [24] Pays-bas 1 1 par le plaignant (ou) (ou) 1 coin 20 - 100 0,2 à 0,57 [25] Japon 1 1 par le plaignant - 10 - 80 -8 [26] Etats-Unis multiple - coin - -9 [27] Finlande multiple 1 par le plaignant - 20-200 1,0

10 [14] Pedersen 4 - coin - 0,1 0,111 [28] Oliva et al. multiple par le plaignant optionnel 20 - 20000 0,3 0,6, 1,2, 1,5512 [18] Hopkins et al. 14 par l'opérateur 4 50 - 100 0,3 min = 1m13 [2] Koziel et al. 1 par l'opérateur - 20 - 20000 - 1,614 [29] RATP 1 par l'opérateur - 20 - 315 - 1,6

Méthodes de mesures• Norme ISO 140-4 [16]:

– 0,7m entre position de micros,– 0,5m entre micros et murs/planchers,– 1,0m entre les micros et la source,– Distances doublées au tiers d’octave 50Hz.

• Defra NANR209 [2] et Vadillo [17] :– position de l’accéléromètre au centre,– position du micro au plus proche

• Méthode Hopkins [18] :– mesures selon ISO 140-4,– mesures dans les coins de la pièce,– calcul du niveau moyen

• Méthode Pedersen [5]– mesure à 0,1m des coins,– moyenne des 4 coins -4dB : résultats comparés,

avec le bruit perçu dans la pièce.

• Méthode RATP :– accéléromètre à proximité d’un mur porteur,– niveau de pression au tiers de la diagonale.

Méthodes de restitution

• Salles « très basses fréquences »[6,14,15]

• Salles anéchoïques + Woofer [7,30]

• Restitution au casque [7]

• Reproduction de conditionsréelles (parois vibrantes?)

Perspectives

Perspectives• Étude « seuils de perception TBF »

– Détermination de l’échelle de perception des sons TBF 16-160Hz• utilisation d’une échelle de type CS-Scale (association d’une échelle qualitative et quantitative)

pour réaliser les tests,• écoute d’un bruit solidien dans une ambiance sonore d’appartement,• écoute de sons purs ou de bandes de tiers d’octave pleines dans du bruit de fond.

– Mise en évidence du phénomène de masquage dans les TBF 16-160Hz :• évaluation des patterns de masquage dans les TBF (échelle ERB),• détermination de nouvelles bandes d’analyse (les 24 bandes de Bark s’arrêtent à 100Hz).

– Évaluation de l’acuité auditive dans les TBF• quelle est la plus petite différence de niveau détectable aux TBF ?• acuité à la limite de la perception auditive,

– Évaluation des seuils de perception de sons complexes :• sons bandes de tiers d’octaves pleines de 16 à 160Hz afin de comparer avec les évaluations

réalisées avec des fréquences pures,• seuil de détection d’un signal classique de bruit solidien provenant du passage d’une rame de

métro ou RER,• combinaison de bandes de tiers d’octave afin d’évaluer si l’ajout de plusieurs bande abaisse le

seuil de détection.

Perspectives

• Phénomènes de surpression

– Détermination de l’échelle de perception lors d’uneexposition à des sons TBF 1-160Hz associée à uneexposition du corps entier à des vibrations de quelqueshertz :

• prédominance d’un type d’exposition,• corrélation ou interdépendance des deux types d’exposition.

– Perception des vibrations et du son :• validation du seuil de perception des vibrations en fonction de la

fréquence,• modification des seuils de perception acoustique des TBF suite à

l’exposition du sujet simultanément à des niveaux sonores et àdes niveaux vibratoires en dessous des seuils de perception.

Merci de votre

attention

Références

• [1] RIVAS – Railway-Induced Vibration Abatement solutions – Collaborative project. Reviewof existing standards, regulations and guidelines, as well as laboratory and field studiesconcerning human exposure to vibration. Deliverable D1.4. 12/01/2011.

• [2] A. Moorhouse, D. Waddington, M. Adams, Procedure for the assessment of lowfrequency noise complaints. University of Salford. February 2005, Contract no NANR45

• [3] ISO 14837-1:2005 Vibrations mécaniques -- Vibrations et bruits initiés au sol dus à deslignes ferroviaires -- Partie 1: Directives générales. International Standard Organisation.2005.

• [4] B. Berglund,P. Hassmén, « Source and Effect of Low frequency noise », JASA, 99(5) 1996• [5] ISO 226:2003 Acoustic-Normal equal-loudness-level contours. International Organisation

for Standadization, Genève, Switzerland, 2003• [6] H. Møller, C.S. Pedersen, « Hearing at low and Infrasonic Frequencies », Noise and Health,

6 (23), pp 37-57, 2004• [7] F. Dubois, S. Meunier, G. Rabau, F. Poisson, G. Guyader Détection de sources émergentes

au sein d’un bruit large bande : mécanismes perceptifs et applications.• [8] M. J. Griffin Handbook of Human vibration Elsevier Academic press, London 1990• [9] T. Meloni, H. Krueger : Wahrnehmung und Epfindung von kombinierten Belastungen

duech Lärm und Vibration. Zeitschrift für Lärmbekämpfung, 37, 170-175• [10] P. Paulen, Kastka J. Effect of combined noise and vibration on annoyance. Journal of

Sound and Vibration, 181(2), 295-314, 1995

Références

• [11] Öhrström E., Skånberg A. (1996): A field survey on effects of exposure to noise andvibration from railway traffic, part I: annoyance and activity disturbance effects, Journal ofSound and Vibration, 193(1), 39-47.

• [12] Öhrström E. (1997): Effects of exposure to railway noise – A comparison between areaswith and without vibration, Journal of Sound and Vibration, 250(4), 555-560.

• [13] S. Yokoshima, T. Morihara, A. Ota, A. Tamura, Reanalysis of dose-response curves fromShinkansen railway noise. Proceedings of the 9th congress of the International Comission ofBiological Effects of Noise (ICBEN) – Noise as Public Health Problem.

• [14] S. Pedersen, H. Møller, K. Persson Waye. Indoor measurements of noise at lowfrequencies - Problems and solutions. J. Low Freq. Noise, Vibration and Active control. Vol.26 No. 4. 2007.

• [15] T. Watanabe, H. Møller, Low frequency hearing thresholds in pressure field and in freefield. Journal of low frequency noise and vibration Vol 9, n°3, pp 106-115.

• [16] NF EN ISO 140-4 Acoustique – Mesurage de l’isolation acoustique des immeubles et deséléments de construction. Partie 4 – Mesurage in situ de l’isolement aux bruit aériens entreles pièces

• [17] E. G. Vadillo, J. Herreros, J.G. Walker Subjective reaction to structurally radiated soundfrom underground railway, field results. Journal of Sound and Vibration, 193(1), 65-74, 1996.

• [18] C. Hopkins, P. Turner, Field measurement of airborne sound insulation beetween roomswith non-diffuse sound fileds at low frequencies. Applied Acoustics 66, PP 1339-1383, 2005

Références

• [19] SP INFO 1996:17. Vägledning för mätning av ljudnivå i rum vid läga frekvenser -fältprovning. SÅ INFO 1996:17. SP. 1996

• [20] Nr. 9 1997. Orienterin fra miljøstyrelsen, nr. 9 1997: Lavfrekvent støj, infralyd ogvibrationer ieksternt miljø. Miljøstyrelsen. 1997

• [21] ISO 16032. Acoustics - Measurement of sound pressure level from service equipment inbuildings - Engineering method. International Organization for Standardization, Genève,Switzerland, 2004.

• [22] DIN:45680. Messung und bewertung tieffrequenter Geräuschimmissione in dernachbarschaft. Deutches Institut für Normumng. Germany. 1997.

• [23] ÖNORM S 5007. Messung und bewertung tieffrequenter Geräuschimmissione in dernachbarschaft. Österreichishes Normungsinstitut. Wien. 1996

• [24] Nederlandse Stichting Geluidhinder. NSG-Richtlijn laagfrequent geluid. NederlandseStichting Geluiidhinder. Netherlands. 1999

• [25] Ministry of the Environment Government in Japan. Handbook to deal with lowfrequency noise. Japan. 2004.

• [26] ANSI S12.9-1988 Part 1. American National Standard. Quantities and procedures fordescription and measurement of environmental sound. Part 1. Standards Secretariat.Acoustical Society of America. New York. 1998

• [27] Asumisterveysohje 2003. Helsinki, sosiaali- ja terveysministeriön oppaita 2003:1 page40. Ministry of social and health affairs, Finland.

Références

• [28] D., Oliva, V. Hongisto, J. Karänen, V. Koskinen, Measurement of low frequency noise inrooms. Finnish Institute od Occupational Health, Helsinki, Finland, 2011

• [29] G. Coquel, C. Fillol, Évaluation et modélisation de la propagation vibratoire dansplusieurs immeubles d’habitation - Cas particulier du remplacement d’un appareil de voie.Acoustique et Technique 64, spécial « vibrations dans les bâtiments » pp. 15 – 20

• [30] S. Fidell et al. Effective masking bandwidths at low frequencies. Journal of AcousticalSociety of America 73(2), 628-638

• [31] J. Ryu, H. Sato, K. Kurakata, Y. Inukai Hearing thresholds for low frequency complextones of less than 150Hz. Journal of low frequency noise, vibration and active control. Vol.30(1) pp 21-30 2011

• [32] G. Di, Z. Li, B. Zhang, Y. Shi, Adjustment on subjective annoyance of low frequency noiseby adding additional sound.

• [33] C.S. Pedersen, H. Moller, K.Persson Waye, A detailed study of low-frequency noisecomplaints. Journal of low frequency noise, vibration and active control.